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熱老化對復(fù)合材料擊穿電壓場強(qiáng)度特性的影響
閱讀：1096發(fā)布時(shí)間：2022-9-19
熱老化對復(fù)合材料擊穿電壓場強(qiáng)度特性的影響：
復(fù)合材料介電常數(shù)的高低并不能決定材料的擊穿場強(qiáng)的高低，復(fù)合材料老化后需測試其擊穿場強(qiáng)和沿面擊穿電壓來檢驗(yàn)復(fù)合材料的耐老化特性。
① 擊穿場強(qiáng)
復(fù)合材料的擊穿場強(qiáng)按照章節(jié) 2.4.2 介紹的方法測試。球球電極下，90 °C 老化 500 h 后測的 EP/SrTiO3復(fù)合材料的擊穿場強(qiáng)如圖 4.19 所示。擊穿場強(qiáng)是檢驗(yàn)絕緣材料能否運(yùn)用于工程實(shí)際中的重要標(biāo)準(zhǔn)，填充 SrTiO3納米顆粒后，復(fù)合材料的擊穿場強(qiáng)整體上升了 25%左右。復(fù)合材料的擊穿場強(qiáng)并不是呈線性上升，填充少量的 SrTiO3納米顆粒，如 7 wt%的填充量就能使得復(fù)合材料的擊穿場強(qiáng)提高 20%，隨著填充量的增加，擊穿場強(qiáng)緩慢上升。從圖 4.19 看出 90 °C 老化后的純環(huán)氧樹脂擊穿場強(qiáng)平均值在 10.5 kV/mm附近。填充質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為 7 wt%、15 wt%、25 wt%、40 wt%的復(fù)合材料的擊穿場強(qiáng)平均值為 12.7、12.8、13.3、14 kV/mm。老化后的復(fù)合材料的擊穿場強(qiáng)平均值隨填充量增加逐漸增大，與純環(huán)氧樹脂相比，增幅保持在 21%~33.3%范圍內(nèi)。經(jīng)過 90 °C 老化500 h 后，復(fù)合材料的擊穿場強(qiáng)仍較高，說明填充 SrTiO 納米顆粒后，復(fù)合材料能夠耐受 90 °C 的長期工作。
② 沿面擊穿電壓
老化后 EP/SrTiO3復(fù)合材料的沿面放電電壓由圖 2.19 搭建的微秒沿面放電實(shí)驗(yàn)平臺測試。圖 4.20 為 SF6氣體中，90 °C 老化 500 h 后的樣片的沿面放電電壓，控制針板電極的間隙為 6 mm，升壓速率為 2 kV/30 s，沿面放電電壓取 5 次實(shí)驗(yàn)的平均值。
由于實(shí)驗(yàn)室條件有限，無法直接測試 90 °C 溫度下樣品的擊穿場強(qiáng)和沿面放電電壓，沿面放電電壓在室溫下進(jìn)行。從圖中可以看出，90 °C 老化 500 h 后，純環(huán)氧樹脂樣片的 5 次測試平均值與未老化的純環(huán)氧樹脂（圖 4.7）相比較低。未老化的純環(huán)氧樹脂樣片的擊穿電壓平均值為 7.6 kV，老化后的純環(huán)氧樹脂的沿面放電電壓平均值為 6.85 kV。隨著填充量的增加，老化后的復(fù)合材料的沿面放電電壓與未老化的復(fù)合材料相比反而呈現(xiàn)上升的趨勢，如填充量為 25 wt%的復(fù)合材料老化后的沿面放電電壓比老化前升高了 13%。
純環(huán)氧樹脂樣片老化后，表面氧化層加快了其表面碳化速度，電離出的自由電子活動范圍增大。填充 SrTiO3 納米顆粒之后，電子碰撞平均自由程下降，高能電子濃度處于可控范圍，增加材料表面結(jié)構(gòu)中的淺陷阱密度和載流子的遷移率能夠改善表面電荷的遷移過程，減弱累積效應(yīng)，有效抑制表面電荷的聚集。此外，與純環(huán)氧樹脂相比，復(fù)合材料表面能略有升高，老化后的表面結(jié)構(gòu)勢能也會增大，因此純環(huán)氧樹脂老化后的微秒沿面放電電壓下降，而填充納米顆粒后的復(fù)合材料經(jīng)過 90 °C 老化 500 h 后，沿面放電電壓略有升高。
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